换热器
一，定义: 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。
二，换热器的分类
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：
(一)_换热器按传热原理分类
1、表面式换热器：表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
2、蓄热式换热器：蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
3、流体连接间接式换热器：流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
4、直接接触式换热器：直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。
（二）换热器按用途分类
1、加热器：加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
2、预热器：预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
3、过热器：过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。
4、蒸发器：蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
（三）按换热器的结构分类
可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
三，换热器类型
换热器是化工，石油，动力，食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
1 .间壁式换热器的类型
（1）夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。
（2）沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小.为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。
（3）喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多.另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用.因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。
（4）套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成.在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大.另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。
（5）板式换热器：最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位，但是其体积大，换热效率低，更换胶条价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个过程的1/3-1/2）.主要应用于液体-液体之间的换热，行业内常称为水水换热，其换热效率在5000w/m2.K。为提高管外流体
给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种，前者应用更为广泛.。目前，由于中国新版GMP的推出，板式换热将逐渐退出食品，饮料，制药等卫生级别高的行业。
（6）管壳式换热器管壳式(又称列管式) 换热器是管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，，管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管子的型号不一，过程一般为直径16mm 19mm或者25mm三个型号，管壁厚度一般为1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。进口换热器，直径最低可以到
8mm，壁厚仅为0.6mm。大大提高了换热效率，今年来也在国内市场逐渐推广开来。管壳式换热器，螺旋管束设计，可以最大限度的增加湍流效果，加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到4.6倍。这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2.k，大大提高生产效率，节约成本。
同时，由于管壳式换热器多为金属结构，随着中国新版GMP的推出，不锈钢316L为主体的换热器，将成为饮料，食品，以及制药行业的必选。
（7）双管板换热器也称P型换热器，是在管壳式换热器的两头各加一个管板，可以有效防止泄漏造成的污染。现在国产品牌较少，价格昂贵，一般在10万元以上，进口可以到几十万。符合新版GMP规定，虽价格昂贵，但决定其市场广阔。
2.混合式换热器
混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。
按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型：
(1)冷却塔(或称冷水塔)
(2)气体洗涤塔(或称洗涤塔)
(3)喷射式热交换器
(4)混合式冷凝器
3.蓄热式换热器
蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。
蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合。
4.新型换热器
（1）气动喷涂翅片管换热器
俄罗斯提出了一种先进方法，即气动喷涂法，来提高翅片化表面的性能。其实质是采用高速的冷的或稍微加温的含微粒的流体给翅片表面喷镀粉末粒子。用该方法不仅可喷涂金属还能喷涂合金和陶瓷(金属陶瓷混合物)，从而得到各种不同性能的表面。通常在实践中翅片底面的接触阻力是限制管子加装翅片的因素之一。为了评估翅片管换热器元件进行了试验研究。试验是采用在翅片表面喷涂ac－铝，并添加了24a白色电炉氧化铝。将试验所得数据加以整理，便可评估翅片底面的接触阻力。将研究的翅片的效率与计算数据进行比较，得出的结论是：气动喷涂翅片的底面的接触阻力对效率无实质性影响。为了证实这一点，又对基部(管子)与表面(翅片)的过渡区进行了金相结构分析。对过渡区试片的分析表明，连接边界的整个长度上无不严密性的微裂纹。所以，气动喷涂法促进表面与基本相互作用的分支边界的形成，能促进粉末粒子向基体的渗透，这就说明了附着强度高，有物理接触和金属链形成。因而气动喷涂法不但可用于成型，还可用来将按普通方法制造的翅片固定在换热器管子的表面上，也可用来对普通翅片的底面进行补充加固。可以预计，气动喷涂法在紧凑高效换热器的生产中，将会得到广泛应用。
（2）螺旋折流板换热器
在管壳式换热器中，壳程通常是一个薄弱环节。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系统(z字形流道)，这样会导致较大的死角和相对高的返混。而这些死角又能造成壳程结垢加剧，对传热效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。其后果是，与活塞流相比，弓形折流板会降低净传热。
优越弓形折流板管壳式换热器很难满足高热效率的要求，故常为其他型式的换热器所取代(如紧凑型板式换热器)。对普通折流板几何形状的改进，是发展壳程的
第一步。虽然引进了密封条和附加诸如偏转折流板及采取其他措施来改进换热器的性能，但普通折流板设计的主要缺点依然存在。
为此，美国提出了一种新方案，即建议采用螺旋状折流板。这种设计的先进性已为流体动力学研究和传热试验结果所证实，此设计已获得专利权。此种结构克服了普通折流板的主要缺点。螺旋折流板的设计原理很简单：将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中，每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一，其倾角朝向换热器的轴线，即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接，与外圆处成连续螺旋状。折流板的轴向重叠，如欲缩小支持管子的跨度，也可得到双螺旋设计。螺旋折流板结构可满足相对宽的工艺条件。此种设计具有很大的灵活性，可针对不同操作条件，选取最佳的螺旋角；可分别情况选用重叠折流板或是双螺旋折流板结构。
（3）新型麻花管换热器
瑞典alares公司开发了一种扁管换热器，通常称为麻花管换热器。美国休斯顿的布朗公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了“压扁”与“热扭”两个工序。改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单，但有许多激动人心的进步，它获得了如下的技术经济效益：改进了传热，减少了结垢，真正的逆流，降低了成本，无振动，节省了空间，无折流元件。
由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动，促进了湍流程度。该换热器总传热系数较常规换热器高40%，而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照asme标准制造。凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代。它能获得普通管壳式换热器和板框式传热设备所获得的最佳值。估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。
（4）螺旋管式换热器
在管子上缠绕金属丝作为筋条(翅片)的螺旋管式换热器(ta)，一般都是采用焊接方法将金属丝固定在管子上。但这种方法对整个设备的质量有一系列的影响，因为钎焊法必将从换热中“扣除”很大一部分管子和金属丝的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎会造成机器和设备堵塞，随之提前报损。
螺旋板式换热器
螺旋板式换热器传热元件由螺旋形板组成的换热器。螺旋板式换热器是一种高效换热器设备，适用汽－汽、汽－液、液－液，对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按结构形式可分为不可拆式（Ⅰ型）螺旋板式及可拆式（Ⅱ型、Ⅲ型）螺旋板式换热器螺旋板式换热器结构及性能
a、本设备由两张卷制而成，形成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果。
b、在壳体上的接管采用切向结构，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动没有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。
c、I型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。
d、II型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其中一个通道可拆开清洗，特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。
e、III型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道可拆开清洗，适用范围较广。
f、单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列规定：并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合：一个通道并联，一个通道串联。
（5）变声速增压热交换器
变声速增压热交换器即两相流喷射式热交换器，广泛适用于汽—水换热的各个领域。由中国洛阳蓝海实业有限公司自主研发。它以蒸汽为动力，通过汽水压缩混合，使水温瞬时升高，利用压力激波技术达到无外力增压的效果，显著的节能和增压特点大大降低了用户使用成本，可取代传统的热交换器。变声速增压热交换器是一种混合型汽—水换热设备，蒸汽经过绝热膨胀技术处理以射流态引入混合腔与经过膜化处理的被加热水在蒸汽冲击力作用下均匀混合，形成具有一定计算容积比的汽水压缩混合物，当其瞬间压缩密度达到一定值时便形成了两相流体场现象。在场态的激化下，该混合物的声速值出现突破声障临界的过渡性转变，同时爆发大量压力激波，压力激波单向传导特性使瞬间达到设计温度的热水在不变截面管道中出现压力升高却不回流现象。变声速增压热交换技术是以两相流体场的有序激化强制完成“瞬时换热+无外力增压”双效应。
四，本次发电机用换热器设计：
加工设计情况简介：委托北京世际华能能源设备有限公司设计了阴极尾气余热回收装置---换热器。
换热器分类 换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能用量十分大的领域，随着节能技术的飞速发展，换热器种类开发越来越多。适用于不同介质，不同工况，不同温度，不同压力的换热器，结构和形式亦不同，换热器种类随新型，高效换热器的开发不断更新，具体分类如下。 （一）按传热原理分类 1.直接接触式换热器这类换热器主要工作原理是两种介质经接触面而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量。这类换热器的介质通常是一种气体，另一种为液体，主要以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质。故很难区分与塔器的关系，通常归口为塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。 2．蓄能式换热器（简称蓄能器）这类换热器用量极少，原理是通过一种固体物质，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到传递热量的目的。 3．板，管式换热器这类换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质的传热设备，这类换热器是我们通常称为管壳式，板式，板翘式，板壳式换热器。（二）按传热种类分类 1.无相变传热一般分为加热器和冷却器。 2.有相变传热一般分为冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器，虹吸式重沸器，再沸器，蒸发器，蒸汽发生器，废热锅炉。
（三）按结构分类 分为釜式换热器，固定管板式换热器，填料函式换热器，u形管式换热器，蛇管式换热器，双壳程换热器，单套管换热器，多套管换热器，外导流筒换热器，折流杆式换热器热管式换热器，插管式换热器，滑动管板式换热器。 （四）按折流板分类 分为单弓形换热器，双弓形换热器，三弓形换热器，螺旋弓形换热器。（五）按板状分类 分为螺旋板式换热器，板式换热器，板翘式换热器，板壳式换热器，板式蒸发器，板式冷凝器，印刷电路板换热器，穿孔板换热器。(六) 按密封形式分类 此类换热器多用于高温，高压装置中，具体分为：螺旋锁紧环换热器，薄膜密封换热器，钢垫圈换热器，密封盖板式换热器。 （七）非金属材料换热器分类 分为石墨换热器，氟塑料换热器，陶瓷纤维复合材料换热器，玻璃钢换热器。 （八）按材料分类 主要为金属和非金属两大类，金属又可分为低合金钢，高合金钢，低温钢，稀有金属等。 换热器种类繁多，还有按管箱分类等，各种换热器各自适用于某一种工况，为此，应根据介质，温度，压力的不同选择不同种类的换热器，扬长避短，使之带来更大的经济效益。
换热器基础知识 简单计算板式换热器板片面积 选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法： Q=K×F×Δt， Q——热负荷 K——传热系数 F——换热面积 Δt——传热对数温差 传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。 换热器的分类与结构形式 换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下： 一、换热器按传热原理可分为： 1、表面式换热器 表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。 2、蓄热式换热器 蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。 3、流体连接间接式换热器 流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。 4、直接接触式换热器 直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。 二、换热器按用途分为： 1、加热器 加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。 2、预热器 预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。 3、过热器 过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
浅谈换热器的常见问题及解决方法 【摘要】随着人们物质生活水平的不断提高，工业需求也日益加大，而换热器作为水主要设备在整个加工过程中占有重要地位。本文主要探讨了换热器的常见问题，并深入研究了其解决办法。 【关键词】换热器;常见;问题;解决;方法 换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。下面主要讨论一下换热器的常见问题及解决方法。 在管式换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。在管式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。 １．机械及热应力损伤原因及解决方法 1.1换热设备会在使用中机械损伤类型。 1.1.1管子震动的损害 (1)碰撞损坏 由于发生振动管子的振幅大, 使得管子与管子, 管子与壳体之间的碰撞会导致管壁损坏破裂。 (2)折流板对管子损坏 由于管子振动, 折流板对穿过折流板的管子会有切割磨损, 严重的会使管壁破裂。 (3)影响管板的连接
换热器 一，定义: 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。 二，换热器的分类 适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下： (一)_换热器按传热原理分类 1、表面式换热器：表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。 2、蓄热式换热器：蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。 3、流体连接间接式换热器：流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。 4、直接接触式换热器：直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。 （二）换热器按用途分类 1、加热器：加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。 2、预热器：预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。 3、过热器：过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。 4、蒸发器：蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。 （三）按换热器的结构分类 可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
三，换热器类型 换热器是化工，石油，动力，食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。 1 .间壁式换热器的类型 （1）夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。 （2）沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小.为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。 （3）喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多.另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用.因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。 （4）套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成.在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大.另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。 （5）板式换热器：最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位，但是其体积大，换热效率低，更换胶条价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个过程的1/3-1/2）.主要应用于液体-液体之间的换热，行业内常称为水水换热，其换热效率在5000w/m2.K。为提高管外流体
换热器的设计 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: ①热负荷及流量大小； ②流体的性质； ③温度、压力及允许压降的范围； ④对清洗、维修的要求； ⑤设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥价格、使用安全性和寿命； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型
式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。 （3）U形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表
第1章换热器设计软件介绍与入门 孙兰义 2014-11-2
主要内容 1 ASPEN EDR软件 1.1 Aspen EDR简介 1.2 Aspen EDR图形界面 1.3 Aspen EDR功能特点 1.4 Aspen EDR主要输入页面 1.5 Aspen EDR简单示例应用 2 HTRI软件 2.1 HTRI简介 2.2 HTRI图形界面 2.3 HTRI功能特点 2.4 HTRI主要输入页面 2.5 HTRI简单示例应用
Aspen Exchanger Design and Rating（Aspen EDR）是美国AspenTech 公司推出的一款传热计算工程软件套件，包含在AspenONE产品之中。 Aspen EDR能够为用户用户提供较优的换热器设计方案，AspenTech 将工艺流程模拟软件和综合工具进行整合，最大限度地保证了数据的一致性，提高了计算结果的可信度，有效地减少了错误操作。 Aspen7.0以后的版本已经实现了Aspen Plus、Aspen HYSYS和Aspen EDR的对接，即Aspen Plus可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成转入换热器的设计计算，使Aspen Plus、Aspen HYSYS流程计算与换热器详细设计一体化，不必单独地将Aspen Plus计算的数据导出再导入给换热器计算软件，用户可以很方便地进行数据传递并对换热器详细尺寸在流程中带来的影响进行分析。
Aspen EDR的主要设计程序有： ①Aspen Shell & Tube Exchanger：能够设计、校核和模拟管壳式换热器的传热过程 ②Aspen Shell & Tube Mechanical：能够为管壳式换热器和基础压力容器提供完整的机械设计和校核 ③HTFS Research Network：用于在线访问HTFS的设计报告、研究报告、用户手册和数据库 ④Aspen Air Cooled Exchanger ：能够设计、校核和模拟空气冷却器 ⑤Aspen Fired Heater：能够模拟和校核包括辐射和对流的完整加热系统，排除操作故障，最大限度的提高效率或者找出潜在的炉管烧毁或过度焦化 ⑥Aspen Plate Exchanger ：能够设计、校核和模拟板式换热器； ⑦Aspen Plate Fin Exchanger：能够设计、校核和模拟多股流板翅式换热器
换热网络与热集成 4.1概述 本章进行了甲苯甲醇烷基化的冷热流股之间的能量匹配设计病构建换热网络。热集成旨在最大程度的利用流程内部的能量，减少公用工程的消耗，从而减 少操作费用，降低生产成本。通过对流程流股的深入分析，利用Aspen Energy Analyzer 设计换热网络，其主要步骤如下： 1)确定流程中需要换热的冷流股和热流股； 2)利用物流数据做出冷热流股的温焓图和总组合曲线图（GCC）； 3)确定最小传热温差； 4)找出夹点及最小冷、热公用工程用量； 5)构建优化换热网络。 4.2冷热流股确定 表4-1 换热冷热流股一览表 流股名称T in/℃T out/℃热负荷/KW 流股说明 6-to-7 25 480.3 8.06×105反应器R0101进料 4-to-5 25 485 9.85×108 反应器R0101进料Reboiler@T0101 124.7 127.63 3.2×105T0101再沸器Reboiler@T0102 142.5 143.7 8.4×104T0102再沸器Reboiler@T0201 163.9 167.6 2×104T0201再沸器15-to-16 460 25 7.15×108反应器R0103出料Condenser@T0101 115 113 3.8×106T0101冷凝器Condenser@T0102 119.3 118.3 7.2×106T0102冷凝器Condenser@T0201 144.2 143.4 1.07×105T0201冷凝器
利用Aspen Energy Analyzer 分析计算得到换热网络，如图4-1、4-2所示： 图4-1 换热网络示意图 图4-2 换热网络夹点图 换热网络设计流股分析报告如表4-2所示： 表4-2换热网络设计股流分析报告 最小传热温差最小热公用工程kj/h 最小冷公用工程kj/h 46.09℃ 1.063×109 4.025×109 4.3构建换热网络 根据Aspen Energy Analyzer 的计算，所有参与换热的流股形成的换热网络如图4-3所示：
换热器分类有哪些 换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收以达到的节能。因为现在人们追求换热器重量轻、占地面积少、使用经济性高，所以换热器的类型也在不断增加，越来越多的换热器开始进入人们的生活，换热器分类有哪些？本文小编将根据不同的分类形式为用户详细解答。 换热器的定义：换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。 换热器按传热原理分类 1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面的对流，在两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。 2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体再传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定的温度后，冷介质再通过固体物质然后被加热，达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。 3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器接受热量，在低温流体换热器把热量再释放给低温流体换热器。 4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。 换热器按用途分类 1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相应的变化。
2、预热器预热器预先加热流体，为工序的操作提供标准的工艺参数。 3、过热器过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。 4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上的温度，使其流体蒸发，一般有相应的变化。 按换热器的结构分类 可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。 按冷、热流体热量交换的原理和方式分类 基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。 结语 换热器在在石油、暖通、轻工、制药、能源等工业生产中使用广泛，尤其是在暖通行业，人们常把换热器用于家庭采暖系统，如今在多年的发展中，仅在集中供暖行业换热器市场规模就已超过30亿元，未来发展前景一篇大好。
一、概述 在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都 有加热、冷却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过程。传热过程的进行需要一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。据统计，在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备总投资的35％～40％,因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热量的变化密切相关，如反应过程中，有的要放热，有的要吸热，要维持反应的连续进行，就必须排除多余的热量或补充所需的热量；工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用，
以降低成本。另外，生产所得的油品或化工产品，需要将其冷却或冷凝，以便储存和运输。以上这些与热量有关的过程都需要使用换热设备。 使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却水的消耗。 综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
二、比较换热设备的指标 1.效率要高。效率高就要求其传热系数大，传热系数是指在 单位时间内、单位面积上温度每变化一度所传递的热量。 2.结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大， 比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积，即 传热面积与换热设备体积之比。 3.节省材料。要做到此点要求其比重量要小，所谓比重量是 指单位传热面积所耗用的金属量，即换热设备总金属用量 与传热面积之比。 4.压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小， 节省动力、操作成本降低。 5.要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周期 长。 由于要全面满足上述要求是非常困难的，因而产生了各种各样的换热器，以适应各种特定的工艺条件。
监测换热器 在我国石油化工、冶金和发电等行业上，大多采用工业循环冷却水。目前，为了进一步节能减排，提高循环冷却水的利用率，从而对水处理的技术和药剂的质量要求越来越高。同时，加强水处理的监测也越来越重要。监测换热器较好地模拟了工业现场换热器，对测量有关水质的腐蚀、结垢数据十分重要。它适用于各种材质的换热器，如陶瓷换热器，金属换热器等。 1. 监测换热器的原理 监测换热器 监测换热器是一种模拟用的小型换热器, 其工作条件较接近于换热器装置的实际运行条件, 其特点是有一个传热的金属表面, 能够监测传热面上腐蚀、结垢和沉积的情况。适于各种材质的换热器监测，如陶瓷换热器、金属换热器、石墨换热器等。所以监测换热器法是冷却水系统进行腐蚀、结垢监测和评价的一种重要方法。
监测换热器安装在循环冷却水旁。试验管采用￠19×2 毫米无缝钢管, 外壁镀铬, 有效长度1177 毫米, 有效传热面积0.055米2 , 流经试管的冷却水( 给水) 流量636 公斤/小时( 流速1米/秒) ; 采用低压饱和蒸汽, 试管传热强度约500, 000 千焦(/ 米2时) , 水侧壁温75~80℃。测量水的流量、进出口温度和蒸汽温度等数据, 计算当前污垢热阻值。取出试管和挂片通过失重法计算腐蚀率、粘附速度等。 2. 监测换热器的分类根据热介质来源不一样, 可以分为我们通常说的蒸汽式监测换热器和电加热式监测换热器。 3. 监测换热器的热介质来源现场带压工作蒸汽, 虽然监测换热器工作要求蒸汽压力在0.8~1.0kg/cm2, 但在进入监测换热器前蒸汽压力要保持在 4.0~ 5.0kg/cm2, 然后再减压到监测换热器工作压力。如果进入监测换热器前蒸汽压力低于4.0 kg/cm2, 在冬天尤其是在北方, 蒸汽管线中蒸汽含水过多, 影响测量; 如果进入监测换热器前蒸汽压力高于5.0 kg/cm2, 蒸汽的波动, 难以控制。为了稳定蒸汽压力, 采用一种蒸汽自力式调压阀, 它是一种不需要外加能源的这些执行机构, 外来蒸汽压力在4.0~10.0kg/cm2 波动, 经过蒸汽自力式调压阀, 使压力可以稳定在0.8~1.0kg/cm2中的某个值, 运用场合比较大。 4. 电加热式监测换热器用于不能提供外来蒸汽的现场, 通过电加热容器里的水产生蒸汽给试验管加热。使用电加热式监测换热器, 消耗功率在18 千瓦以上, 监测成本较高。
西安科技大学—乘风破浪团队 1 换热器的设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: ① 热负荷及流量大小； ② 流体的性质； ③ 温度、压力及允许压降的范围； ④ 对清洗、维修的要求； ⑤ 设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥ 价格、使用安全性和寿命； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温
西安科技大学—乘风破浪团队 2 差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。 （3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表 分类 管 壳 式 名称 特性 管式 固定管板式 刚性结构用于管壳温差较小的情况(一般≤50°C)，管间不 能清洗 带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低的压 力 浮头式 管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差>120℃； 内垫片易渗漏 U 型管式 制造、安装方便，造价较低，管程耐压高；但结构不紧凑、 管子不易更换和不易机械清洗 填料 函式 内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合 外填料函：管间容易泄露，不易处理易挥发、易爆易燃及压 力较高场合 釜式 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 套管 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合或固定床反应器中
管壳式换热器简介及分类 概述 换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产中，换热器的主要作用是使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空以及其他许多工艺部门广泛使用的一种通用设备。在华工厂中，换热器的投资约占总投资的10%-20%；在炼油厂中该项投资约占总投资的35%-40%。 目前，在换热器中，应用最多的是管壳式换热器，他是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器。虽然管壳式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面的金属消耗量无法与板式或者是板翅式等紧凑换热器相比，但管壳式换热器适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来人们已在其设计和加工方面积累了许多经验，建立了一整套程序，人么可以容易的查找到其他可靠设计及制造标准，而且方便的使用众多材料制造，设计成各种尺寸及形式，管壳式换热器往往成为人们的首选。 近年来，由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素，传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展，设计人员已经开发出了多种新型换热器，以满足各行各业的需求。如为了适应加氢装置的高温高压工艺条件，螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器技术获得了快速发展，并在乙烯裂解、合成氨、聚合和天然气工业中大量应用，可达到承压35Mpa、承温700℃的工艺要求；为了回收石化、原子能、航天、化肥等领域使用燃气、合成气、烟气等所产生的大量余热，产生了各种结构和用途的废热锅炉，为了解决换热器日益大型化所带来的换热器尺度增大，震动破坏等问题，纵流壳程换热器得到飞速的发展和应用；纵流壳程换热器不仅提高了传热效果，也有效的克服了由于管束震动引起的换热器破坏现象。另外，各种新结构的换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器等也大量涌现。 管壳式换热器按照不同形式的分类 工业换热器通常按以下诸方面来分类：结构、传热过程、传热面的紧凑程度、所用材料、
热交换器 戴季煌
热交换器2015.01 第一部分GB151-2014 1. 修改了标准名称，扩大了标准适用范围： 1.1提出了热交换器的通用要求，也就是适用于其他结构型式热交换器。并对安装、使用等提出要求。 1.2规定了其他结构型式的热交换器所依据的标准。 2. 范围： GB151-201X《热交换器》规定公称直径范围（DN≤4000mm，原为2600mm）、公称压力（PN≤35MPa）及压力和直径乘积范围（PN×DN≤2.7×104，原为1.75×104）。并且管板计算公式推导过程的许多简化假定不符合。也给制造带来困难。TEMA控制壳体壁厚3〞（76mm）、双头螺柱最大直径为4〞（102mm）。 3.术语和定义 3.1公称直径DN 3.1.1卷制、锻制、圆筒 以圆筒内直径（mm）作为换热器的公称直径。 3.1.2钢管制圆筒 以钢管外径（mm）作为换热器的公称直径。 3.2公称长度LN 以换热管的长度（m）作为换热器的公称长度，换热管为直管时，取直管长度；换热管为U形管时，取U 形管的直管段长度。 3.3换热面积A 3.3.1计算换热面积 换热面积是以换热管外径为基准，以二管板内侧的换热管长度来计算换热面积，计算得到的管束外表面积（m2）；对于U形管换热器，一般不包括U形管弯管段的面积。当需要把U形弯管部分计入换热面积时，则应使U形端的壳体进（出）口安装在U形管末端以外，以消除U形管末端流体停滞的换热损失。 3.3.2公称换热面积 公称换热面积是将计算面积经圆整后的换热面积（m2），一般取整数。 4.工艺计算（新增加） 4.1设计条件（用户或设计委托方应以正式书面形式向设计单位提出工艺设计条件），内容包含 4.1.1操作数据：包括流量、气相分率、温度、压力、热负荷等； 4.1.2物性数据：包括介质密度、比热、粘度、导热系数或介质组成等； 4.1.3允许阻力降； 4.1.4其他：包括操作弹性、工况、安装要求（几何参数、管口方位）等。 4.2选型应考虑的因素 4.2.1合理选择热交换器型式及基本参数，满足传热、安全可靠性及能效要求； 4.2.2考虑经济性，合理选材； 4.2.3满足热交换器安装、操作、维修等要求。 4.3计算 热交换器工艺计算时应进行优化，提高换热效率，满足工艺设计条件要求。需要时管壳式热交换器还应考虑流体诱发振动。 5.设计参数 5.1压力 5.1.1压差设计 同时受管、壳程压力作用的元件，当能保证制造、开停工、及维修时都能达到按规定压差进行管、壳程同时升、降压和装有安全装置时，方可按元件承受的压差设计。 5.1.2真空设计 真空侧的设计压力，应按GB150的规定，当元件一侧受真空作用，另一侧受非真空作用时，其设计压力应为两侧设计压力之和，即为最苛刻的压力组合。
换热器的结构和分类 换热器的分类 按用途分类： 加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器 按冷热流体热量交换方式分类： 混合式、蓄热式和间壁式 主要内容： 1. 根据工艺要求，选择适当的换热器类型； 2. 通过计算选择合适的换热器规格。 间壁式换热器的类型 一、夹套换热器 结构：夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装夹套制成。 优点：结构简单。 缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。也可在釜内安装蛇管。 二、沉浸式蛇管换热器 结构：这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 缺点：由于容器体积比管子的体积大得多,因此管外流体的表面传热系数较小。
三、喷淋式换热器 结构：冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。在下流过程中，冷却水可收集再进行重新分配。 优点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，传热效果好 缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。 用途：用于冷却或冷凝管内液体。 四、套管式换热器
结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求，将几段套管用U形管连接，目的增加传热面积；冷热流体可以逆流或并流。 优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。 缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占地较大。 用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。五、列管式换热器 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。 结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为以下几个型式。 （1）固定管板式 1—列管2—膨胀节 壳体与传热管壁温度之差大于 蚀的介质。
钛板式换热器是以波纹为传热面的新型、高效换热器，广泛应用于化工、石油、冶金、电力、船舶、海洋、医药等工业部门的加热、冷却、冷凝、蒸发工艺过程中。随着人们对板式换热器优越性的进一步认识和其应用领域的扩大，板式换热器的发展迅速，目前已成为主要的换热设备。钛板式换热器由于其高效紧凑以及出色的抗腐蚀能力，已成为许多强腐蚀工况中的首选设备。但是由于板式换热器板片都要承受来自冷、热流体两侧的压差，而这个压差就作用在该板片与相邻两板片间数以千计的接触点上，并且板式换热器是靠夹紧板片之间的橡胶垫片来密封冷热流体的，夹紧板片时，必然有一部分作用是靠板片之间接触点承受的。因此，板片压制精度越高，板片之间的接触点所承受压力就均匀，板片的承压能力也越强。如果板片压制精度不够高，就会造成某些接触点承受压力过高而遭损坏的现象，这样只有靠增加板片厚度的方法来补救，而增加板片厚度必然会降低换热效率，也造成设备成本的加大。为了满足压制成型的“苛刻”条件，提高换热效率，要求钛板式换热器板片(钛板换料)厚度小于1 mm，对于板片的强度、延伸率、杯突、晶粒组织有着特别要求。为了加大板式换热器发展力度，使其更加广泛的应用于各个领域，全面实现板式换热器用钛板国产化，提高板换料质量，有必要研究各种轧制工艺对板换料组织与性能的影响，进一步提高板换料压制成型率。 轧制工艺对板式换热器用钛板组织与性能的影响 顾德才，邓贵顺，杭逸夫，王文鼎，葛伟，徐国俊 (南京宝泰特种材料有限公司，江苏南京211 125)
<<钛工业进展》2009第二期 板式换热器的设计特点 1、高效节能：其换热系数在3000～4500kcal/m2·°C·h， 比管壳式换热器的热效率高3~5倍。
换热器的种类 一.换热器的概念 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。换热设备因其用途不同，类型繁多，性能不一，但均可归结为管壳式结构和板式结构两大类。 二.换热器的工作原理 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，即在一个大的密闭容器内装上水或其他介质，而在容器内有管道穿过。让热水从管道内流过。由于管道内热水和容器内冷热水的温度差，会形成热交换，也就是初中物理的热平衡，高温物体的热量总是向低温物体传递，这样就把管道里水的热量交换给了容器内的冷水，换热器又称热交换器。 三.机械结构形式 换热器的分类良多，可以按传热原理、结构和用途等进行分类，按其结构分类主要有管壳式和板式两种。 根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。 1、间壁式换热器的类型 a.夹套式换热器 这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单；但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或
其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管.夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。 b.沉浸式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。 c.喷淋式换热器 这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。 d.套管式换热器 套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目).特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。 e.管壳式换热器 管壳式(又称列管式)换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提
第六章换热器网络的综合 换热器网络的综合的目标是，在公用工程用量最少的前提下，寻找设备投资最少（即换热单元数最少）。实际上，这个目标很难同时满足，在实际进行网络设计时，一般是先找出最小公用工程消耗，然后再采取一定方法，减少换热单元数。 6.1 热力学最小传热面积网络的综合 根据有效能分析，在T-H图上合理分配传热温差及热负荷，实现冷热流体的逆流分配，得到满足要求的热力学最小面积网络。 具体步骤： ①搜集物流数据：流量、温度、比热容、汽化热等； ②构造冷、热物流的组合曲线； ③调整冷热物流的组合曲线，使得最小传热温差不小于指定值； ④划分温度间隔区间，进行物流匹配。 具体作法说明： 例如，一换热器系统，包含两个热物流H1、H2和一个冷物流C1，经上述步骤一、二、三后，在T-H图上得到的结果如图6-1所示。线段AE、FD、GH分别表示物流H2、H1、C1，热物流的组合曲线为ABCD，物流间的最大换热量为Q R，所需的最小公用工程冷却负荷为Q C,min，所需的最小公共工程加热负荷为Q H,min。 图6-1 确定物流间的最大换热量 按照第四步，进行组合曲线区间的分割，由热物流组合曲线的折点B和C，分别引垂线交冷物流线段GH于点I和P，则表面冷物流C1的IP段要同热物流H1的CF线段进行匹配热物流H2的BE部分匹配换热，为此，要把冷物流的IP段要分解为两股物流，分割结果见图6-2。
图6-2 分割区间确定匹配关系 图6-3 对应图6-2的换热网络 换热网络合成的研究 （1）Hohmann的开创性工作。 提出了换热网络最少换热单元数的计算公式，在温焓图上进行过程物流的热复合，找到了换热网络的能量最优解，即最小公用消耗，从理论上导出了换热网络的两个理想状态，从而为换热网络设计指明了方向。 （2）Linnhoff和Flower的工作 从热力学的角度出发，划分温度区间和进行热平衡计算，这样可通过简单的代数运算就能找到能量最优解（即最小公用工程消耗），这就是著名的温度区间法（简称TI法）。
换热器的壳体设计毕业设计 目录 第一章 换热器概述 1 1.1 换热器的应用 (1) 1.2 换热器的主要分类 (1) 1.2.1 换热器的分类及特点 (1) 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 (2) 1.3 管壳式换热器特殊结构 (5) 1.4 换热管简介 (5) 第二章 工艺计算 7 2.1 设计条件 (7) 2.2换热器传热面积与换热器规格： (8) 2.2.1 流动空间的确定 (8) 2.2.2 初算换热器传热面积' A ............................................ 8 2.2.3 传热管数及管程的确定 (9) 2.2.4管心距的计算 (9) 2.2.5换热器型号、参数的确定 (9) 2.2.6壳体径计算 (9) 2.2.7折流板的计算 (10) 2.3换热器核算 (10) 2.3.1传热系数核算 (11) 2.3.2换热器的流体阻力 (13) 2.3.3换热器的选型 ...................................................... 14 第三章 换热器的结构计算和强度计算 15 3.1换热器的壳体设计 (15) 3.2筒体材料及壁厚 (15) 3.3封头的材料及壁厚 (16) 3.4管箱材料的选择及壁厚的计算 (16) 3.5开孔补强计算 (17) 3.6水压试验及壳体强度的校核 (19) 3.7 换热管 (20) 3.7.1 换热管的排列方式 (20) 3.7.2 布管限定圆L D (20) 3.7.3 排管 (21) 3.7.4 换热管束的分程 (21) 3.8 管板设计 (22) 3.8.1 管板与壳体的连接 (22) 3.8.2 管板计算 (22)
管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下,在个别情况下也有更大或更长的。 工作原理和结构图1 [固定管板式换热器]为固定管板式换热器的构造。A流体从接管1流入壳体内，通过管间从接管2流出。B流体从接管3流入,通过管内从接管4流出。如果A 流体的温度高于B流体,热量便通过管壁由A流体传递给B流体；反之，则通过管壁由B流体传递给A流体。壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体 (A流体)。管子和管箱以内的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B流体)。管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。通常壳体为圆筒形;管子为直管或U形管。为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m(℃)〕;用水冷却气体时,为10～ 280W/(m(℃)；用水冷凝水蒸汽时,为570～4000W/(m(℃)。 特点管壳式换热器是换热器的基本类型之一，19世纪80年代开始就已应用在工业上。这种换热器结构坚固,处理能力大、选材范围广，适应性强，易于制造,生产成本较低，清洗较方便，在高温高压下也能适用。但在传热效能、紧凑性和金属消耗量方面不及板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器等高效能换热器先进。